Номер 10.64, страница 205 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 10. Квантовая природа излучения. Фотоэффект - номер 10.64, страница 205.

Условие.

10.64. На стержне электрометра закреплена отрицательно заряженная цинковая пластинка, которая освещается дуговой лампой (рис. 10.6). Как изменится время разрядки электрометра, если:

а) электрометр приблизить к дуговой лампе;

б) увеличить угол падения лучей на пластинку;

в) закрыть непрозрачным экраном часть пластинки;

г) поставить фильтр, задерживающий инфракрасную часть спектра;

д) поставить фильтр, задерживающий ультрафиолетовую часть спектра?

Рис. 10.6

Решение.

Разрядка отрицательно заряженного электрометра происходит за счет явления фотоэффекта: падающий на цинковую пластинку свет выбивает из нее электроны. Скорость разрядки, а следовательно, и ее время, зависит от силы фототока, то есть от числа электронов, покидающих пластинку в единицу времени. Согласно законам фотоэффекта, число фотоэлектронов, испускаемых в секунду, прямо пропорционально интенсивности падающего света, при условии, что энергия фотонов $h\nu$ превышает работу выхода электронов из металла $A_{вых}$. Для цинка работа выхода такова, что фотоэффект вызывается преимущественно ультрафиолетовой частью спектра.

а) При приближении электрометра к лампе расстояние между ними уменьшается. Интенсивность света, падающего на пластинку, обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Таким образом, интенсивность освещения увеличится. Это приведет к увеличению числа фотонов, падающих на пластинку в секунду, и, как следствие, к увеличению числа выбиваемых электронов. Фототок возрастет, и электрометр разрядится быстрее.
Ответ: время разрядки уменьшится.

б) При увеличении угла падения лучей на пластинку (угол отсчитывается от нормали к поверхности), световой поток, падающий на единицу площади поверхности, уменьшается пропорционально косинусу угла падения. Это означает, что на пластинку будет попадать меньше фотонов в единицу времени. В результате фототок уменьшится, и скорость разрядки электрометра снизится.
Ответ: время разрядки увеличится.

в) Если закрыть часть пластинки непрозрачным экраном, уменьшится площадь поверхности, на которую падает свет. Общее число фотонов, попадающих на пластинку, станет меньше, что приведет к уменьшению числа испускаемых электронов в секунду. Сила фототока уменьшится, и процесс разрядки замедлится.
Ответ: время разрядки увеличится.

г) Фотоэффект для цинка наблюдается при облучении ультрафиолетовым светом, так как энергия фотонов инфракрасного излучения недостаточна для преодоления работы выхода ($h\nu < A_{вых}$). Поэтому инфракрасная часть спектра дуговой лампы не участвует в создании фототока. Установка фильтра, задерживающего эту часть спектра, не повлияет на количество фотоэлектронов, выбиваемых ультрафиолетовым излучением.
Ответ: время разрядки не изменится.

д) Фотоэффект на цинковой пластинке вызывается именно ультрафиолетовой частью спектра света дуговой лампы. Фильтр, задерживающий ультрафиолет, не пропустит к пластинке фотоны с энергией, достаточной для выбивания электронов ($h\nu \ge A_{вых}$). В результате фотоэффект прекратится, и электрометр перестанет разряжаться.
Ответ: время разрядки увеличится до бесконечности (разрядка прекратится).